静电的产生及其微观解释

【学习目标】

【学习重难点】

1．运用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。

2．通过实验，观察并分析静电现象。

【学习过程】

知识点一  静电的产生

[观图助学]

俯视逆时针转动     俯视顺时针转动

观察上图现象你可以得出什么结论？

观察上图现象，思考电荷是如何移动的？

1．电荷

（1）电荷量：电荷的多少。在国际单位制中，电荷量的单位为库仑，简称库，符号为C。

（2）电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

2．摩擦起电：当两个由不同物质组成的物体互相摩擦时，一个物体中某些原子的电子挣脱了原子核的束缚，转移到另一个物体上，于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带等量的正电。

3．接触起电：当一个带电体接触导体时，电荷会发生转移，使导体也带电。

4．感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电子便会靠近或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷，受附近带电体影响而使导体上的电荷重新分布的现象称为静电感应。利用静电感应使金属导体带电的方式称为感应起电。

[思考判断]

（1）摩擦起电是创造电荷的过程。（×）

（2）接触起电是电荷转移的过程。（√）

（3）玻璃棒无论和什么物体摩擦都会带正电。（×）

知识点二  产生静电的微观解释

[观图助学]

丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒失去了电子，带正电；丝绸得到了电子，带负电；从整体上看，两物体摩擦过程中电荷守恒吗？

1．电荷守恒定律

表述：电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体。在转移过程中，电荷的总量不变。

2．摩擦起电的实质：两个不同物质组成的物体相互摩擦，由于摩擦力做功，一个物体中的电子获得能量，挣脱原子核的束缚转移到另一个物体上。根据电荷守恒定律，一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电。

3．感应起电的实质是在附近带电体所带电荷的作用下，导体中的自由电荷从导体的一部分转移到了另一部分。

[思考判断]

（1）原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电荷。（×）

（2）不带电的物体一定没有电荷。（×）

（3）带等量异种电荷的两个导体接触后，电荷会消失，这种现象叫电荷的湮没。（×）

（4）感应起电过程仍符合电荷守恒定律。（√）

验电器的构造、原理及用途

1．构造

2．原理

金属箔片带同种电荷后，由于同种电荷相互排斥而张开。

3．应用

（1）检验物体是否带电。

（2）物体带电的种类。

[注意]

摩擦起电适用于绝缘体，接触起电和感应起电适用于导体。

物体带电的实质是电荷发生了转移，或物体间电荷的重新分配。

一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。

[拓展]

金属结构

中性是指物体内有电荷存在，但正负电荷的绝对值相等，对外不显电性。

【学习小结】

电方式(三种起)——导体(接触起电)

起电的实质——电荷的转移

一个规律——电荷守恒定律

【达标检测】

[基础过关]

1．一个带电导体与另一个不带电导体接触，下列说法正确的是（    ）

A．两物体一定带异种电荷

B．两物体一定带同种电荷

C．两物体一定带不等量的同种电荷

D．两物体一定带等量的同种电荷

解析  一个带电导体与另一个不带电导体接触，电荷会发生转移，所以一定带同种电荷，选项A错误，B正确；若两个导体完全相同，则两个导体带等量的同种电荷，否则两个导体带不等量的同种电荷，选项C、D错误。

答案  B

2．某次实验中，老师用丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近锡箔屑，发现锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速地向空中散开，如图所示，下列说法正确的是（    ）

A．锡箔屑被吸引过程会因为获得电子而带负电

B．锡箔屑被吸引过程是减速过程

C．最后锡箔屑散开是因为碰撞导致

D．散开时锡箔屑带正电

解析  用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，带电体具有吸引轻小物体的性质，锡箔屑被吸引，锡箔屑在被吸引到玻璃棒上之前不带电，锡箔屑被吸引到玻璃棒上后带正电，故A错误；锡箔屑被吸引过程是加速过程，故B错误；最后锡箔屑散开主要是因为锡箔屑带正电，而同种电荷相互排斥，故C错误，D正确。

答案  D

3．如图所示，放在绝缘支架上带正电的导体球A，靠近放在绝缘支架上不带电的导体B，导体B用导线经开关接地，现把S先闭合再断开，再移走A，则导体B（    ）

A．不带电 B．带正电

C．带负电 D．不能确定

解析  根据静电感应现象和电荷间的相互作用，可知S闭合之前B的a端带负电荷，b端带等量正电荷，S先闭合再断开，再移走A，导体B带负电，故选项C正确。

答案  C

4．（多选）用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示，由此对摩擦起电的说法正确的是（    ）

A．两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子

B．两个物体摩擦起电时，一定同时带上种类及数量不同的电荷

C．两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等

D．同一物体与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷种类可能不同

解析  两物体摩擦时是否得失电子取决于原子核对电子的束缚力大小，A错误；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，B错误，C正确；由题中实验不难看出，同一物体与不同种类的物体摩擦，带电种类可能不同，D正确。

答案  CD

5．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开。如图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是（    ）

解析  把带电金属球移近不带电的验电器，会改变验电器上的电荷分布；由于电荷间同性相斥、异性相吸，使得验电器上靠近带电金属球的一端和其电性相反，而远离带电金属球的另一端和其电性相同，故选项B正确。

答案  B

6．（多选）关于摩擦起电现象，下列说法正确的是（    ）

A．摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷

B．摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体上

C．通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，一定带有等量异种电荷

D．通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，可能带有同种电荷

答案  BC

能力提升

7．（多选）如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金属箔片。当枕形导体的A端靠近一带电导体C时（    ）

A．A端金属箔片张开，B端金属箔片闭合

B．用手触摸枕形导体B端后，A端金属箔片仍张开，B端金属箔片闭合

C．用手触摸枕形导体B端后，将手和C都移走，两对金属箔片均张开

D．选项A中两对金属箔片分别带异种电荷，选项C中两对金属箔片带同种电荷

解析  根据静电感应的原理知，带正电的导体C放在枕形导体附近，在A端出现了负电荷，在B端出现了正电荷，相应的金属箔片上带同种电荷，则A端和B端金属箔片均张开，选项A错误；用手触摸枕形导体B端后，B端不再带正电，金属箔片闭合，选项B正确；用手触摸枕形导体B端后，只有A端带负电，将手和C都移走，不再产生静电感应，A端所带负电荷便会分布在整个枕形导体上，A、B端均带负电，两对金属箔片均张开，选项C、D正确。

答案  BCD

8．如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电金属球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为Q_A、Q_B，则下列结论正确的是（    ）

A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且Q_B>Q_A

B．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且Q_B＝Q_A

C．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且Q_B>Q_A

D．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而Q_A、Q_B的值与所切的位置有关

解析  静电感应使得A端带正电，B端带负电。导体原来不带电，只是在C中正电荷的作用下，导体中的自由电子向B端移动，使B端有多余的电子而带负电，A端少了电子，而带正电。A端移去的电子数目和B端多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷总量是相等的，但由于电荷之间的作用力与距离有关，自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的，这样导致电子在导体上的分布不均匀，越靠近B端，负电荷密度越大；越靠近A端，正电荷密度越大，因此从不同位置切开时，Q_A、Q_B的值是不同的，D正确。

答案  D

9．某研究性学习小组的同学设计了以下实验方案来验证电荷守恒定律。

根据以上实验过程和观察到的现象，回答下列问题：

（1）步骤二的实验现象说明：________________________________；

（2）步骤三的实验现象说明：________________________________；

（3）该研究性实验________（填“能”或“不能”）验证电荷守恒定律。

解析  用力将两块起电板快速摩擦后分开，两块起电板带上了等量异种电荷。步骤二中空心金属球与箔片组成的整体发生静电感应现象，故金属箔片张开；步骤三中两块起电板同时插入空心金属球，总电荷量为零，不发生静电感应现象，故金属箔片不张开。该实验能验证电荷守恒定律。

答案  （1）起电板使验电器感应起电  （2）两块起电板带有等量异种电荷  （3）能